如何勘探、采集位于海洋中的油田

管埋员

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作者：刘陶陶
链接：https://www.zhihu.com/question/19909251/answer/21087589
来源：知乎

星期一无比烦躁，到知乎来放松一下，发现被兔爷夸奖，果断怒答，个人意见，不一定对，才疏学浅，各位指教：
海上石油的开采和陆上的油气开采从目的上讲是一样的，即将有经济价值或战略价值的油气资源从地下开发出来。不同之处在于海上开发就一个字：贵！因为所需的技术手段和技术装备更先进，成本更高。虽然每个加油站里93#汽油的价格都差不多（限天朝），但是原油开采时每个油田和每个油田的成本都不一样。一般做商业开采的油公司，都只会在有利可图的时候才会进行作业。恩，写了这些铺垫，然后进入正题——假设我是某个Oil Company的Boss.
      “最近国际油价很高啊，都到100多刀了，以前不赚钱的项目现在也能赚了，再搞几个边际油田的开发吧，俺的私人飞机也该换换了。”   

      “恩，那个谁，你去跟那个安哥拉的桑托斯打个招呼，就说那个EBM-93-172-RG区块的合同再续个五十一百年什么的。恩，告诉他回头送他一集装箱COHIBA，外加七八个格鲁吉亚保姆服侍他到生活不能自理。恩，再告诉他不要跟BP那帮人再接触了，想跟我抢区块啊，小心我回头给他的平台上送几船乌干达棒槌兵。
      恩，那个谁，给Grand Geo Tech的人打个电话，让他把EBM-93-172-RG 重新给我做一个三维勘探，告诉他以前干的活，连我老婆做得都比他们好，再这么胡乱搞，明天我就把他们公司并购了，让他技术课的都到天桥下要饭去。”
      好鸟～搞定～

      锵锵锵～好戏开演


第一步，咱是要去哪里钻井？（爸爸，爸爸，我们去哪里呀～～）
      答案是，靠猜。当然这必然不可能是自己拍脑瓜子猜，也不可能请个风水先生来把把油脉。这个猜测指基于勘探公司调查结果基础上的判定。因为这玩意儿实在难以做到百发百中，所以还是”猜“。
      勘探公司的任务就是把区块内地下的各种岩层和沉积层用筛子筛一遍，先粗筛，再细筛（普查/详查/面测/点测/Blablablabla）。先来看看这帮哥们用的筛子吧：
这个筛子是拖缆船，什么叫拖缆？ 继续上图

一只母鸭子，后面牵着一群小鸭子有没有……具体的勘探设备和原理呢？继续上图
      有了这两张图，基本就清楚了。图里的Sound Wave Source指的是高压空气枪组合。这个玩意儿可以在极短的时间里把高压空气“射”入水中，激起气泡，气泡再发生振荡，人造地震就有了。其他的，相信大家看图也能大概明白了，往细里讲，鄙人也不清楚了（我确实不是搞物探的）地震数据采集回来，还要做分析建模等各种后续工作，这些都由多节点大型计算机组合来做，反复运算后搞出3D的模型~~ 泡妞神器啊～　魂淡～

完了再补一句，这样的方法叫“地球物理勘探法”。
       除了这种筛子之外，还有更牛逼一点的筛子，如下图：
     
和刚才那个相比，这个明显多了点什么……高高耸起的东西……阳刚霸气骤然凸显啊！这个业内一般叫深水勘察船。和刚才那个拖着油瓶放炮的相比，这个还能做水下钻井采样。高耸那个玩意儿叫井架。它可承受，并提升/下放几百顿重（按HL=650mt考虑）的钢管。大家可以想一下，一根这样的钢管大概有九米左右（以R2考虑），每米重量计30kg（按NC38 ID-41/5''考虑），再忽视掉钻具组合及已其他一切因素，这些钢管连起来以后可以穿过6000ft的水深，接触到海床后，顶着钻头继续插入海底200米左右，然后从地下挖一筒岩心带上来，交给实验室的四眼大神们去研究，

    这个方法必然叫“钻井勘探法”
　 差点忘了，再上一张coring bit的邪恶照片~~~~ Oｈｅｈｅｈｅｈｅｈｅｈｅｈｅ

       绕了一大圈，来总结一下。大致的流程就是 ——"用地球物理勘探法分析了解海底地下岩层的分布、地质构造的类型、油气圈闭的情况，确定勘探井的井位；采用钻井勘探法直接取得地质资料，分析、评价和确定该地质构造是否含油含油量及开采价值。" ——摘自百度
       下图是一些圈闭的形式，黑色的就是石油，这里就不展开讲了，那得讲几周。

       这里要感谢一下学校的老师，什么圈闭构造之类的让我想起了多年前他老人家带我们去成都理工大学地质馆看看石头长点见识，结果我们都去看母恐龙去了…… 给您老人家跪了……
       继续正题。


要想打井还需要找“有关部门”办什么手续？

      在国内，只有中央政府下属的CNPC, SINOPEC, CNOOC这三家，或跟他们合作才能做开采。对了，还有一个延长石油也能做，这个算是国家对老区人民的照顾特许成立的。在海上现在国内做的比较大的是CNOOC和CPOE（CNPC下属），据说以前是按水深划分的区块，CPOE玩浅水，CNOOC玩深水，现在好像也不讲水深了（没看见CPOE最近在大肆修建JU2000E这样的高级货么？！）。
     这里还是说说阿美丽甘那国的一些情况吧。在墨西哥湾，海床被人为划分成2到3公里见方的区块（BLOCK)，世界上其他地方也差不多，想要到某个/些区块去做开采的石油公司需要首先取得矿权。这个事是由Minerals Management Service (MMS)来负责总体筹划并将区块的矿权出租给油公司。MMS属于美国内政部，每年靠租矿权能给政府搞到几十亿美元。区块的租约基本采用公开招标的形式，谁出价高，谁就拿走。当然啦，潜在储量越大的区块，抢的人越多，租金越高。

开搞吧！等等，还有点文件没有做……


有了Block，有了Survey, 在着手前，还得做点其他的事。开发油田可不想出门买根大白菜，这一出手就是几十个亿的Dollar砸进去了。干事不也有个什么立项报告，可行性报告，风险控制报告什么的么。这到时候具体要怎么干，怎么干，还得有个 Master Development Plan.
      MDP一般包含了几个方面的内容：Master Drilling Plan (勘探公司一般得出这个）；Master Operation Plan；List of Wells and Facilities；和这个MDP合一起的还有一个Applications for Permits to Drill (APDs)。有时候还要出具Environmental Impact Statement之类的东西（深水地平线漏油给漏的……）
      好了，把这些作业交给老师，基本就差不多了。开搞吧，不过打井是个累活，还得找个身体强健的汉子来做……

选择钻井公司和钻井设备

      找个好的Drilling Contractor也是个重要的事。找个二把刀来，搞不好再来个漏油什么的，那油公司想死的心都有了。现在全球著名的钻井公司也就那几家，来，咱们来大概点个萝卜～：Transocean~Ensco~Noble~Seadrill~Rowan~Diamond~Pride~CNOOC~恩，差不多了，哦，还有个马杀鸡（Maersk)～其实选钻井公司，关键还是看他们有什么设备，还有日费（yes,你没看错，是日费）。突然发现又写了这么多行了，居然没上图，果断上图！

      这是一个typical drilling fleet，从右到左依次是钻井驳船、比较牛逼的自升式平台、灰常牛逼的自升式平台、半潜式、钻井船。工作水深都在下面标着，大家自己看吧。这些家伙的具体情况这里，我也就不展开讲了，稍微在脑子里想了一下，就觉得不敲个几千个字出来，给大家交代不清楚啊…………
      上面这些船的日费都不一样，费用的高低与工作水深、设备的自动化程度等等有关。一般20万美元一天算是个起步价吧。

=======感谢大家的关注,指正与提醒,谢谢；年终总结写得人头大啊，我会尽快补齐的=======

老板！出油了！出油了！ 肿么办！


我嘞个去！还没开钻呢，出哪门子的油啊，印度油么！

要揽瓷器活，先搞金刚钻。首先得从上面罗列的那些钻井平台中选一种出来干这个活，本着高端大气上档次的原则，果断决定选用钻井船（Drillship）。钻井是个很复杂的活，咱们先来看看钻井船是怎么回事。估名思议，钻井船就是一条可以钻井的船。早期的造型船都是把普通的货轮增加钻井包（Drilling package) 进行改造。

船体中间耸立的塔架那部分就是所谓的Drilling package了。从外形上可以很容易看出，那个时候的海上钻井包基本就是把陆地钻机给搬到了船上。早期的钻井船是靠锚链固定在海面上的，在风浪流较强的水域稳性很差，所以也曾经有公司搞过双体式的钻井船以追求稳性，数量很少，好像一共就弄了两艘，其中一艘还在一次风暴中直接沉没了（撑死胆大的啊）。
现在的钻井船配置的drilling package都很先进了，双井架/悬挂/补偿/自动排管系统等等等应有尽有。水面定位也不仅依靠锚链，还配备了动力推进系统（Dynamic Position)，通过各种传感器结合GPS定位，靠6-8个360度全幅旋转推进器对各个方向的位移进行补偿，精度控制可以达到2米左右。船体的可变载荷，有效容积，自持能力也都大大提升了，可以带动更重，更多，更持久……简直就是套了无敌聚能环啊～～～

写到这里非常有冲动仔细给大家讲一下，因为我工作就和这些息息相关，但是有点偏题，以后在其他地方再写吧。

接下来简单的说说钻井
第一步，开钻～一开（spud in)



先向大家介绍下钻井的基本概念和相关元素

Drill string指由9米左右一根的钻杆通过螺纹连接扣起来的一长串钻柱；钻柱的顶部连接的是drill bit钻头；通过旋转钻柱，钻头切削地层实现钻进。钻柱是中空的，钻井的时候会从钻柱顶部用泥浆泵注入泥浆，其会从井底钻头的水眼中喷射出来；泥浆是用重晶石兑上淡水/或海水/或油，掺杂死贵死贵的添加剂配置而成的。其作用是帮助切削岩层 (泥浆的喷出压力很大，几十MPa,比Cal.50的子弹还厉害），冷却钻头，保护井壁和带走被切下来的岩屑（要不削下来这么多东西都堵井眼里了)；为什么说泥浆能带走岩屑呢？因为泥浆最终会从井底又返回到水面，经过固控系统处理后，再次注入到钻杆中。（见下图，这里就不细讲了，简单说就是把泥浆拿来除泥、除气、除砂后倒回泥浆罐进行二次利用，涉及的设备包括gumbo, shaker, mud-cleaner, degasser等等等……）

再说海上刚开钻的时候，一般刚开始是下36‘的套管(casing)，这个与其说是钻进入的，还不如说是压进去的。因为一般海床上都覆盖有较厚的泥层，只需要把套管放上去，再泵入海水，形成一定的冲力，套管就能靠其自重深入地层了。这一截套管的长度不一定，根据具体地层情况而定，前期做Well Design的时候就会明确，一般300ft-400ft吧。
把这一段管子搞定之后，就可以进入下一个步骤了。

二开～继续～

接下来用口径较小的钻头+钻杆穿过刚才的36’ casing继续向下钻进。这个时候基本就要像一开始描述那样真材实料的“钻”了。钻柱的旋转（力矩）是由Drilling Package里的顶驱（或转盘，现在基本不用了）来提供的。钻到一定深度后，OK，洞打好了，不继续插入了，但要保持泥浆的循环，洗洗更健康嘛（洗井）。把整个钻柱提起来后，然后把22‘套管下到的裸眼中。整个过程入下图。

对了，忘了给大家交代了，下完了套管，还没算完。还得从往套管中注入泥浆，再把泥浆顶替（用cement plug或slurry)到整个套管外壁的环空中去(上图红色的部分)。等水泥凝固后，整个井眼才有更好的固定。然后再进行下一步。

三开～～四开～～老板～ 你到底是开大还是开小啊！

按照上一步的思路，换更小的钻头+钻杆往下钻，如图示



  就这样钻啊钻啊钻，不知不觉就到了产层（pay-zone)了。

(注: 为了尽可能的简明，MWD, CBL, 隔水管安装，水下BOP安装等具体过程统统略去）

恩？是不是可以去叫老板，告诉他出油了？


我嘞个去！还没做测井和试油呢，就出了几桶油怎么办？！




所谓的测井是讲一串（真的是一串）声波、电波和辐射测量工具下放到井筒内，搞地质的就可以通过分析读数来确定是否有油藏。但是有油并不意味着就有开采的价值，还得搞清楚到底有多少才行么。所以得来个试油，是驴是马得牵出来溜一溜么。简单的说试油就是让油从井底流出来，到一个罐子里。同时记录一段时间内流量和压力的变化来判定储量。如果值得开发，那就得再砸上几千万美元把油都弄出来。

===写的过程中非常戏谑的写了一段关于钻井的，有朋友指正说写的不严肃，但又舍不得删，留着当个小浓缩吧=======

“ Captain Jack带着百十号小弟，拿着物探公司给的地图，驾船以每小时9.8海里的时速来到了那个标着大红叉叉的地点。他的船甲板上堆满了各种长短粗细不同的钢管，还有一大袋一大袋的土粉和水泥。接下来他的任务就是要把这一堆各种型号的空心管子排靠在他船上那个高高的塔架上，然后一根一根连接，组成一串千八百米长的管柱，吊着往海里放，直到整个管柱的下段贴到海面，再通过管柱最前面连着的大钻头，在海底打上一个大大的洞。因为这个洞特别的深，搞不好就塌了，所以他每打一段就要把带来的水泥灌到这个洞里去，把一些钢管（套管）固定起来，在海底形成一个钢管井筒。再用另一些更细的钢管（钻杆）穿过这个井筒继续往下打，边打还得通过钢管（钻杆）中间的空心往井筒里面泵泥浆。啊？泥浆怎么来的？泥浆就是用带来的一大袋一大袋的土粉混合或淡水/或海水/或油，外加一些死贵的化学药剂搅拌出来的。Jack 就这么一直打啊打啊，最后就打出油来了……

老板！老板！ 真的出油了！！肿么

shuaiqw1984

不错啊  值得学习一下下

oildrillingmud

比较强大，对海洋油气工程是很好的概述